[发明专利]一种提高薄壁零件加工稳定性的方法及应用

说明书

本发明公开了一种提高薄壁零件加工稳定性的方法及应用，包括：S1、根据薄壁零件的各阶模态频率与剪切增稠液最佳浓度的对应关系，得到当前工况下薄壁零件的主振频率所对应的剪切增稠液的最佳浓度；S2、根据薄壁零件的加工位形，对当前工况下薄壁零件的主振频率所对应的最佳浓度下的剪切增稠液封装后进行固定，使其与薄壁零件的非加工表面紧密贴合；本发明针对工况改变所引起的主振频率的改变，配置不同浓度的剪切增稠液，能够精确高效地提高加工系统的阻尼比，有针对性的抑制以主振模态为主的振动，提高薄壁件的加工精度和加工效率；且剪切增稠液可塑性强，能够适应不同加工条件，在不同的加工条件下提高薄壁零件加工稳定性。

技术领域

本发明属于制造装备结构的动力学分析领域，更具体地，涉及一种提高薄壁零件加工稳定性的方法及应用。

背景技术

薄壁零件被广泛应用于航空航天工业领域，航空发动机叶片、飞机蒙皮等都是其中的典型例子。而薄壁零件因其尺寸较大、质轻壁薄、型面复杂、刚性差等特点，使得难以对其进行高质量装夹，在加工过程中，当刀具接触被加工表面给与激励时，很容易引发颤振，严重时会导致工件变形、残余应力和刀具快速磨损、跳刀，甚至崩刀，影响加工质量和刀具的使用寿命。因此，对于薄壁零件的加工稳定性研究十分必要。

为了提高薄壁零件加工系统的稳定性，现有的较有效的方法是对零件进行额外的阻尼支撑，提高零件的局部刚度，增加铣削系统的阻尼，吸收加工系统的振动能量，抑制振动。一般是先将薄壁件固定，然后通过外加弹性元件引出一个或多个支撑点，抵住薄壁零件刚性较弱处。在加工过程中，外加的支撑点提高了工件的局部刚度，并在振动过程中提供额外阻尼，提高了加工系统的稳定性。但是该方法对零件本身有较多的限制，且支撑点本身的阻尼比较固定，能适应的加工参数条件单一，不具有普适性。因此，研究一种能面向复杂的曲面并适应多种加工条件下提高薄壁零件加工稳定性的方法是很有必要的。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种提高薄壁零件加工稳定性的方法及应用，用以解决现有技术无法在不同加工条件下提高薄壁零件加工稳定性的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种提高薄壁零件加工稳定性的方法，包括以下步骤：

S1、根据薄壁零件的各阶模态频率与剪切增稠液最佳浓度的对应关系，得到当前工况下薄壁零件的主振频率所对应的剪切增稠液的最佳浓度；

S2、根据薄壁零件的加工位形，对当前工况下薄壁零件的主振频率所对应的最佳浓度下的剪切增稠液封装后进行固定，使其与薄壁零件的非加工表面紧密贴合，以增加薄壁零件的阻尼，提高薄壁零件的局部刚度，从而提高薄壁零件加工稳定性；

其中，薄壁零件的各阶模态频率与剪切增稠液最佳浓度的对应关系的获取方法包括：激发薄壁零件的各阶模态频率，采用不同浓度的剪切增稠液与薄壁零件紧密贴合后进行切削，得到各阶模态频率下采用不同浓度剪切增稠液时薄壁零件的振动幅值；激发薄壁零件的各阶模态频率，在不采用剪切增稠液的情况下进行切削，得到各阶模态频率下薄壁零件的原始振动幅值；分别计算每一阶次模态频率下采用不同浓度剪切增稠液时薄壁零件的振动幅值与该阶次模态频率下薄壁零件的原始振动幅值的比值，将最小比值所对应的剪切增稠液的浓度，作为该阶次模态频率下的最佳浓度，从而得到薄壁零件的各阶模态频率所对应的剪切增稠液的最佳浓度。

进一步优选地，上述提高薄壁零件加工稳定性的方法还包括，在步骤S1之前执行的步骤S0；

步骤S0包括：根据采集到的薄壁零件的振动信号，采用模态识别算法得到薄壁零件的各阶模态，将其中振幅最大的模态作为主振模态，主振模态的频率即为薄壁零件的主振频率。

进一步优选地，通过改变剪切增稠液中的硬质纳米粒子的浓度来改变剪切增稠液的浓度。

进一步优选地，剪切增稠液为纳米二氧化硅和聚乙二醇的混合液，其中，硬质纳米粒子为纳米二氧化硅。